JP4894335B2 - 面状発熱体 - Google Patents

Description

本発明は任意の発熱部の面積に調整可能な面状発熱体に関するもので、主に床暖房や車輌に用いられる面状発熱体に関するものである。

従来、この種の面状発熱体の発熱部には、ベースポリマーと、カーボンブラック、金属粉末、グラファイトなどの導電性物質を溶媒に分散して、特にベースポリマーとして結晶性樹脂を用いてＰＴＣ特性を持たせたものが多い（例えば、特許文献１、２、３参照）。

図６（ａ）は従来のＰＴＣ特性を持たせた面状発熱体の平面図で、図６（ｂ）は図６（ａ）のｘ−ｙ線の断面図、図７は製作時の概略構成断面図である。図６（ａ）、（ｂ）に示したように、ポリエステルシートなどの電気絶縁性の基材５０上に、導電性ペーストを印刷・乾燥して得られる一対の櫛形形状の枝電極５１、５２とこれにより給電される位置に高分子抵抗体インクを印刷・乾燥して得られる高分子抵抗体５３を設けて、さらに基材５０と同様の材質の被覆材５４で櫛形形状の枝電極５１、５２及び高分子抵抗体５３を被覆して保護する構成としたものである。基材５０及び被覆材５４としてポリエステルフィルムを用いる場合には被覆材５４に例えばポリエチレン系の熱融着性樹脂５５をあらかじめ接着しておき、熱時加圧することにより、基材５０と被覆材５４とを熱融着性樹脂５５を介して接合される。これにより、櫛形形状の枝電極５１、５２及び高分子抵抗体５３は外界から隔離され、長期信頼性を付与されるのである。前記した熱時加圧の手段としては、図５に被覆材５４を貼り合わせる際の概略構成断面図を示したが、２本の加熱ロール５６、５７からなるラミネーター５８が一般的である。

ＰＴＣ特性とは、温度上昇によって抵抗値が上昇し、ある温度に達すると抵抗値が急激に増加する抵抗温度特性（抵抗が正の温度係数を有する意味の英語 Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ の頭文字を取っている）を意味しており、ＰＴＣ特性を有する高分子抵抗体５３は、自己温度調節機能を有する面状発熱体を提供できる。
特開昭５６−１３６８９号公報 特開平６−９６８４３号公報 特開平８−１２０１８２号公報

ところで、上記のような面状発熱体を構成する上で、その発熱温度は人が快適と体感できるものでなければならず、面状発熱体上のどの箇所であっても発熱温度が斑なく一定であることを要求される。

一方で、発熱温度は面状発熱体を構成する抵抗体の抵抗率、印刷厚み、枝電極間の最短距離で決定されるが、抵抗体の抵抗率は材料特性のため調整が難しく、印刷厚みは印刷、押し出し等の工法上決定されてしまう。そのため、枝電極間の最短距離はおのずと決まってしまい、面状発熱体のすべての櫛形形状の枝電極間距離が同一となるようにすることができず、発熱温度に斑が生じてしまう。

このような問題を解決するためには、製品（面状発熱体）の全体長を枝電極間最短距離の整数倍とすればよい。しかし、製品の全体長が予め決められている場合もあり、全体長が枝電極間最短距離の整数倍とならない限り、上記したように発熱温度に斑が生じてしま
うこととなる。

また、全体長の違う異なるラインナップの製品を同時に生産する場合では、一つのラインナップに対しては最適な発熱面積及び発熱特性が得られても、全体長の異なる他のラインナップでは最適な発熱面積または発熱特性が得られない（発熱温度に斑が生じる）という課題を生じてしまう。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、異極となる隣り合う枝電極間の最短距離を所定の距離に保ち、かつ、異極となる枝電極を挟んで同極となる枝電極間の距離が異なる箇所があるように枝電極を配設して、発熱部面積を調整することで使用時に全体として温度むらを感じさせないことを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の面状発熱体は、電気絶縁性基材と、電気絶縁性基材上に形成された電極及び前記電極により給電される高分子抵抗体と、電極及び高分子抵抗体を覆い電気絶縁性基材と密着させて配設した被覆材とを備え、電気絶縁性基材上に形成された電極は主電極を対向するように配設し、それぞれの主電極から櫛形形状の枝電極を配設するとともに、異極となる隣り合う枝電極間の最短距離を所定の距離に保ち、かつ、異極となる枝電極を挟む同極枝電極の最短距離が隣接する同極枝電極の最短距離と異なる箇所があるように枝電極を配設して発熱部の面積を調整し、隣接する同極枝電極の最短距離と異なるように配設した同極枝電極に挟まれた異極側の枝電極は、前記異極側の枝電極と同極側である隣接する枝電極よりも幅を太く、かつ内部を中抜きとした形状としている。

本構成によって、使用時に全体として温度むらを感じさせない形で発熱させる箇所、及び面積を任意に調整することができる。

本発明の面状発熱体によれば、櫛形形状の枝電極に面積を調整させる機能を付与する構成としてあり、製品の端近傍まで使用時に温度むらを感じさせないという快適性を向上させるとともに、抵抗体の仕様を変更することなくヒーターとして最適な温度を得ることができるという利便性を向上させることができる。

第１の発明は、電気絶縁性基材と、電気絶縁性基材上に形成された電極及び前記電極により給電される高分子抵抗体と、電極及び高分子抵抗体を覆い電気絶縁性基材と密着させ
て配設した被覆材とを備え、電気絶縁性基材上に形成された電極は主電極を対向するように配設し、それぞれの主電極から櫛形形状の枝電極を配設するとともに、異極となる隣り合う枝電極間の最短距離を所定の距離に保ち、かつ、異極となる枝電極を挟む同極枝電極の最短距離が隣接する同極枝電極の最短距離と異なる箇所があるように枝電極を配設して発熱部の面積を調整し、隣接する同極枝電極の最短距離と異なるように配設した同極枝電極に挟まれた異極側の枝電極は、前記異極側の枝電極と同極側である隣接する枝電極よりも幅を太く、かつ内部を中抜きとした形状としている。

そして、枝電極の少なくとも一つを前記条件において他の枝電極よりも太くした形状とすることで、最端以外の場所に一部発熱しない箇所をつくることができる。もともと枝電極部は発熱しないが、枝電極を太くすることで製品における発熱場所を調整することができる。枝電極間ピッチを整数個配置していった時の余りの幅分だけ枝電極を太く配設すれば、最端部にまで発熱場所を配置することができることとなる。発熱しない箇所を最端以外の場所に配設することにより、全体としては温度むらを感じさせないという快適性を向上させることができるようになる。

また、前記枝電極を太くした形状を複数個設けることにより、枝電極間ピッチを整数個
配置していった時の余りの幅分の発熱しない箇所を分散することが可能となり、全体としてより温度むらを感じさせないことが可能となる。さらに、例えば床暖房に対し本発明が適用された場合、枝電極を太くした箇所においては組み付け時におこりうる傷や釘打ちに対する高安全性を付与することができる。

さらに、幅を太くした枝電極の内部を中抜き形状としたことで、発熱場所を調整する効果を保ち、且つ安価に発熱場所を調整する効果を提供することが可能となる。

さらに、組み付け時におこりうる傷や釘打ちに対しては枝電極の一箇所が断線した場合においても、中抜き形状としてあるので電流が回り込んで流れることが可能となり、太くしていない枝電極よりも高安全性を付与することが可能となる。

第２の発明は隣接する同極枝電極の最短距離と異なるように配設した同極枝電極に挟まれた異極側の枝電極の端以外の部分には、高分子抵抗体を配設しない構成としてある。

第３の発明は、電気絶縁性基材と、電気絶縁性基材上に形成された電極及び前記電極により給電される高分子抵抗体と、電極及び高分子抵抗体を覆い電気絶縁性基材と密着させて配設した被覆材とを備え、電気絶縁性基材上に形成された電極は主電極を対向するように配設し、それぞれの主電極から櫛形形状の枝電極を配設するとともに、異極となる隣り合う枝電極間の最短距離を所定の距離に保ち、かつ、異極となる枝電極を挟む同極枝電極の最短距離が隣接する同極枝電極の最短距離と異なる箇所があるように枝電極を配設して発熱部の面積を調整し、隣接する同極枝電極の最短距離と異なるように配設した同極枝電極に挟まれた異極側の枝電極は、主電極から２本に分かれ伸びていく形状としている。そして、分岐した形状としたことで、発熱場所を調整する効果を保ち、かつ第２の発明よりもより安価に発熱場所を調整する効果を提供することが可能となる。

そして、太くした、もしくは太くして中抜きにした枝電極の端以外の部分に高分子抵抗体を配設しない形状としたことで、発熱場所を調整する効果を保ち、かつ高分子抵抗体の材料費の分、安価に提供することができる。

第４の発明は隣接する同極枝電極の最短距離と異なるように配設した同極枝電極に挟まれた２本に分かれ伸びる異極側の枝電極に挟まれた部分には高分子抵抗体を配設しない構成としてある。そして、枝電極に挟まれた部分には高分子抵抗体を配設しない形状としたことで、発熱場所を調整する効果を保ち、かつ高分子抵抗体の材料費の分、安価に提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の実施の形態１における面状発熱体の概略構成図で、図１（ａ）は平面図で、図１（ｂ）は図１（ａ）のｘ−ｙ線の断面図である。

図１（ａ）において、面状発熱体１は、ＰＥＴフィルム２上に銀ペーストの印刷・乾燥により形成した対向する一対の主電極３、４と、主電極３、４から櫛形形状に配設される枝電極５〜９と櫛形形状の枝電極５〜９に重なるように高分子抵抗体インクを印刷・乾燥により形成した高分子抵抗体１０を形成している。そして、上記主電極３、４、櫛型形状の枝電極５〜８、高分子抵抗体１０と接着性を有するアクリル系接着剤等の接着性樹脂層１１を予め形成されたＰＥＴフィルム等の薄肉の電気絶縁性オーバコート材をラミネートした被覆材１２を貼り合わせて形成される。

上記主電極３、４より配設される櫛型形状の枝電極５〜９に重なるように配設した高分子抵抗体１０に主電極３、４を介して枝電極５〜９における異極間で給電することで、高分子抵抗体１０に電流が流れ、発熱するようになる。この高分子抵抗体１０はＰＴＣ特性を有し、温度が上昇すると高分子抵抗体１０の抵抗値が上昇し、所定の温度になるように
自己温度調節機能を有するようになり、温度コントロールが不要で安全性の高い面状発熱体としての機能を有するようになる。

また、枝電極９は他の枝電極５〜８よりも太く形成されており、かつ隣あう異極となる枝電極５と枝電極６との最短距離Ｘは他の枝電極間最短距離と同様となるように配設されている。枝電極９を太く形成することで、同極枝電極５、６の最短距離Ａは同極枝電極６、７の最短距離Ｂよりも長くなっている。

ここで、同極枝電極５、６の最短距離Ａは同極枝電極６、７の最短距離Ｂよりも長くなっているので、太くしていない枝電極７、８のみの繰り返しよりも、発熱する箇所の主電極が伸びる方向への両端の距離が長くなることとなる。これにより、発熱場所を調整することができ、発熱部の全長が櫛形形状の枝電極間ピッチ（隣り合う枝電極の中心間の距離）の整数倍でない場合でも、余りの部分を枝電極５〜８よりも太く形成された枝電極９で補うことができ、製品の端まで暖めることができることとなる。

枝電極９上は暖めることができていないが、端以外の枝電極では給電され発熱する高分子抵抗体１０と両側において隣接しているため、熱伝導しやすく、床表面の温度分布としては不均一性を感じることはない。そのため、太く構成した枝電極は端以外に配設する必要がある。

また、太くした形状の枝電極９を複数個設けることにより、枝電極間ピッチを整数個配置していった時の余りの幅分の発熱しない箇所を分散することが可能となり、全体としてより温度むらを感じさせないことが可能となる。

また、枝電極５〜８よりも太く形成された枝電極９は広い面積を持つため、面状発熱体１を床暖房の木材へ組み付ける際に傷や釘打ちがおこり一部破損した場合においても高分子抵抗体へ給電するという機能を損なうことがないこととなり、高安全性を付与することができる。

（実施の形態２）
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明の実施の形態２における面状発熱体１の概略構成図を示す平面図である。

図２（ａ）、図２（ｂ）において、本実施の形態２は、ＰＥＴフィルム２上の枝電極９の印刷パターンが実施の形態１と異なるもので、同一部分は同一番号を付して異なる部分のみを説明する。

すなわち、枝電極１３は他の枝電極５〜８よりも幅が広くかつ、枝電極の内部を抜くように形成されており、かつ隣あう異極となる枝電極５と枝電極６との最短距離Ｘは他の枝電極間最短距離と同様となるように配設されている。枝電極９を太く形成することで、実施の形態１同様、同極枝電極５、６の最短距離Ａは同極枝電極６、７の最短距離Ｂよりも長くなっている。

そして、発熱場所を調整する効果を保ち、かつ実施の形態１よりも電極の材料費分より安価に面状発熱体を提供することが可能となる。中抜きした枝電極１３の太さとしては印刷精度にもよるが、半分程度で良い。

さらに、組み付け時におこりうる傷や釘打ちに対しては枝電極の一箇所が断線した場合においても、中抜き形状としてあるので電流が回り込んで流れることが可能となり、太くしていない枝電極よりも高安全性を付与することが可能となる。

（実施の形態３）
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本発明の実施の形態３における面状発熱体１の概略構成図を示す平面図である。

図３（ａ）、図３（ｂ）において、本実施の形態３は、ＰＥＴフィルム２上の枝電極９の印刷パターンが実施の形態１と異なるもので、同一部分は同一番号を付して異なる部分のみを説明する。

すなわち、枝電極１４、１５は他の枝電極とは異なり、同極となる枝電極が２つ連続して並び、かつ異極となる枝電極がある側同士の端の距離は他の枝電極の太さよりも長い形状となっている。当然、枝電極１４と枝電極１５との間には電流はほとんど流れない。配設する位置としては、隣あう異極となる枝電極５と枝電極６との最短距離Ｘは他の枝電極間最短距離と同様となるようにしてある。枝電極１４、１５と２本配設し、異極となる枝電極がある側同士の端の距離を長く形成することで、実施の形態１同様、同極枝電極５、６の最短距離Ａは同極枝電極６、７の最短距離Ｂよりも長くなっている。

そして、発熱場所を調整する効果を保ち、かつ実施の形態２よりも電極の材料費分より安価に面状発熱体を提供することが可能となる。

（実施の形態４）
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本発明の実施の形態４における面状発熱体１の概略構成図を示す平面図である。

図４（ａ）、図４（ｂ）において、本実施の形態４は、ＰＥＴフィルム２上の高分子抵抗体１０の印刷パターンが実施の形態１と異なるもので、同一部分は同一番号を付して異なる部分のみを説明する。

すなわち、高分子抵抗体１６、１７は枝電極９上で分かれており、かつ枝電極９の端上では重ねて印刷した構成としてある。

そして、発熱場所を調整する効果を保ち、かつ実施の形態１よりも高分子抵抗体の材料費分、より安価に面状発熱体を提供することが可能となる。

（実施の形態５）
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本発明の実施の形態５における面状発熱体１の概略構成図を示す平面図である。

図５（ａ）、図５（ｂ）において、本実施の形態５は、ＰＥＴフィルム２上の高分子抵抗体１０の印刷パターンが実施の形態３と異なるもので、同一部分は同一番号を付して異なる部分のみを説明する。

すなわち、高分子抵抗体１６、１７は枝電極で分かれており、かつ枝電極１４、１５上ではそれぞれが重なるよう印刷した構成としてある。

そして、発熱場所を調整する効果を保ち、かつ実施の形態３よりも高分子抵抗体の材料費分、より安価に面状発熱体を提供することが可能となる。

本発明の面状発熱体は、均一の発熱温度でもって加熱を行えるものであり、カーペット
や自動車の座席用ヒーター等に適用することができる。

実施の形態１における面状発熱体の模式図 実施の形態２における面状発熱体の模式図 実施の形態３における面状発熱体の模式図 実施の形態４における面状発熱体の模式図 実施の形態５における面状発熱体の模式図 （ａ）従来の発熱体の構成を示す平面図（ｂ）同発熱体の断面図 従来の発熱体の構成を示す模式図

符号の説明

１ 面状発熱体
５、６、７、８、９、１３、１４、１５ 櫛形形状の枝電極
１１ 接着性樹脂層
１２ 被膜材

Claims (4)

1. 電気絶縁性基材と、電気絶縁性基材上に形成された電極及び前記電極により給電される高分子抵抗体と、電極及び高分子抵抗体を覆い電気絶縁性基材と密着させて配設した被覆材とを備え、電気絶縁性基材上に形成された電極は主電極を対向するように配設し、それぞれの主電極から櫛形形状の枝電極を配設するとともに、異極となる隣り合う枝電極間の最短距離を所定の距離に保ち、かつ、異極となる枝電極を挟む同極枝電極の最短距離が隣接する同極枝電極の最短距離と異なる箇所があるように枝電極を配設して発熱部の面積を調整し、隣接する同極枝電極の最短距離と異なるように配設した同極枝電極に挟まれた異極側の枝電極は、前記異極側の枝電極と同極側である隣接する枝電極よりも幅を太く、かつ内部を中抜きとした形状である面状発熱体。
2. 隣接する同極枝電極の最短距離と異なるように配設した同極枝電極に挟まれた異極側の枝電極の端以外の部分には、高分子抵抗体を配設しない構成とした請求項１記載の面状発熱体。
3. 電気絶縁性基材と、電気絶縁性基材上に形成された電極及び前記電極により給電される高分子抵抗体と、電極及び高分子抵抗体を覆い電気絶縁性基材と密着させて配設した被覆材とを備え、電気絶縁性基材上に形成された電極は主電極を対向するように配設し、それぞれの主電極から櫛形形状の枝電極を配設するとともに、異極となる隣り合う枝電極間の最短距離を所定の距離に保ち、かつ、異極となる枝電極を挟む同極枝電極の最短距離が隣接する同極枝電極の最短距離と異なる箇所があるように枝電極を配設して発熱部の面積を調整し、隣接する同極枝電極の最短距離と異なるように配設した同極枝電極に挟まれた異極側の枝電極は、主電極から２本に分かれ伸びていく形状である面状発熱体。
4. 隣接する同極枝電極の最短距離と異なるように配設した同極枝電極に挟まれた２本に分かれ伸びる異極側の枝電極に挟まれた部分には高分子抵抗体を配設しない構成とした請求項３記載の面状発熱体。